大多數(shù)一年生植物的開花周期取決于每日日照時(shí)間的長短，而大豆是對光周期極為敏感的典型短日照作物，一般只適宜種植于緯度跨度較小的區(qū)域內(nèi)，適宜種植范圍狹窄。

大豆的這種特性，使得許多優(yōu)良品種只能在小范圍內(nèi)推廣，有“寶”不能用，直接影響了我國大豆的產(chǎn)量。多年來，我國科研工作者始終致力于解開這道難題，而今又有了最新進(jìn)展。

2012年，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設(shè)計(jì)育種課題組(以下簡稱課題組)首次在大豆中成功克隆了對光周期反應(yīng)及生育期(開花期及成熟期)貢獻(xiàn)最大的基因E1，隨后這些年，課題組陸續(xù)完成了E2、E3、E4等主要生育期基因的克隆。

E1是編碼豆科植物的特異性轉(zhuǎn)錄因子，是大豆光周期響應(yīng)的核心調(diào)控因子，闡明其介導(dǎo)開花途徑的分子機(jī)制尤為重要。然而，目前有關(guān)E1所調(diào)控的下游信號通路在很大程度上仍是未知的。

近日，課題組在美國《植物生理學(xué)》上在線發(fā)表論文稱，他們證實(shí)E1編碼蛋白具有轉(zhuǎn)錄抑制活性。課題組基于RNA-seq這一轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，分析發(fā)現(xiàn)有7個(gè)GmMDE基因的水平，在E1過表達(dá)時(shí)顯著下調(diào)，而在用基因編輯技術(shù)CRISPR/Cas9敲除E1的突變株中顯著上調(diào)。這些GmMDE基因表現(xiàn)出相似的組織特異性和表達(dá)模式，包括對光周期、E1表達(dá)和E1基因型的響應(yīng)。以GmMDE05和GmMDE06的啟動(dòng)子為代表進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，E1可直接與啟動(dòng)子結(jié)合以增加組蛋白H3K27me3水平，從而在表觀遺傳上抑制E1的表達(dá)，讓E1處于沉默狀態(tài)。

隨后課題組還發(fā)現(xiàn)，GmMDE06的功能與E1相反，具有促進(jìn)大豆開花與成熟的作用。過量表達(dá)GmMDE06能抑制結(jié)莢習(xí)性核心基因Dt1的表達(dá)，引起大豆的莖頂提前開花，讓生長終止，導(dǎo)致主莖節(jié)數(shù)減少、植株變矮。

過表達(dá)GmMDE06能使大豆中開花素基因GmFT2a和GmFT5a的表達(dá)上調(diào)。此外，在GmFT2a或GmFT5a過表達(dá)植株中，GmMDE的表達(dá)顯著增加，GmMDE與GmFT2a/GmFT5a形成了一個(gè)促進(jìn)大豆開花的正調(diào)節(jié)反饋回路。這種反饋調(diào)節(jié)，可以放大來自光周期的信號。

中央一號文件提出，大力實(shí)施大豆和油料產(chǎn)能提升工程。提升大豆產(chǎn)能工程，要堅(jiān)持?jǐn)U面積、提單產(chǎn)雙輪驅(qū)動(dòng)。如何提單產(chǎn)?育種是關(guān)鍵。課題組的最新研究，揭示了大豆開花周期的調(diào)控機(jī)制，為育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大豆新品種提供了新思路，助力大豆變“金豆”。(楊 侖)